Bài giảng Chuyển hoá vật chất và năng lượng, điều hoà thân nhiệt

vào quá trình chuyển hoá tạo ra glucid và năng lượng. Thyroxin gây phân giải nhanh protein để lấy năng lượng trong trường hợp cơ thể thiếu glucid và lipid. Nếu thừa glucid, lipid và cả các acid amin, thì thyroxin có thể giúp chúng tăng tổng hợp protein, đặc biệt là ở các cơ thể đang lớn. 6.2.4.Chuyển hoá các muối khoáng và nước Sự chuyển hoá nước và các muối khoáng là hai quá trình liên hệ mật thiết và quan trọng đối với cơ thể. 6.2.4.1. Chuyển hoá các muối khoáng Vai trò của chất khoáng trong cơ thể rất đa dạng, chủ yếu: Giữ vai trò quan trọng trong các quá trình tạo hình đặc biệt là tổ chức xương, xây dựng enzyme, kích thích tố. Duy trì cân bằng toan - kiềm, duy trì ổn định thành phần các dịch thể và điều hòa áp lực thẩm thấu. Tham gia chức phận các tuyến nội tiết và nhiều quá trình trao đổi chất. Điều hòa chuyển hóa muối - nước. Cần thiết cho hoạt động thần kinh, quá trình đông máu, hấp thu thức ăn, trao đổi khí, các quá trình bài tiết và bài xuất. Bản thân các chất khoáng không sinh năng lượng. Trong cơ thể có rất nhiều dạng muối khoáng: Ca, P, Mg, Na, K, Cl, Fe, S, I, Cu, Mn, Co, F, Zn... khoảng 40 nguyên tố hóa học. Các chất khoáng có mặt trong thực phẩm và cần cho cơ thể ở số lượng tương đối lớn gọi là yếu tố đại lượng: Ca, P, Mg, K, N, Cl, S... Một số nguyên tố vi lượng Mn, Cu, Zn, Mo, Bo; vai trò nhiều yếu tố đã biết rõ, nhiều yếu tố khác còn phải đòi hỏi nghiên cứu thêm. a. Chuyển hoá calci (Ca) và phospho (P) Ca và P cần cho hoạt động của hệ thần kinh, chúng có mặt trong cả xương lẫn răng. 99 % Ca và 77 % P của cơ thể nằm trong xương và răng. Người lớn cần 0,6- 0,8 g Ca/ngày, trẻ con và phụ nữ có thai cần gấp đôi vì Ca cần cho xây dựng bộ xương. Phần quan trọng Ca trong cơ thể tồn tại ở dạng muối của acid phosphoric. Do đó muốn có bộ xương phát triển bình thường phải cung cấp cho cơ thể cả Ca, P theo tỷ lệ xác định . Tỷ lệ tối ưu giữa Ca và P là 1: 1,5. Tỷ lệ này có trong sữa. Phosphatcalci Ca 3 (PO 4 ) 2 chỉ tạo thành khi có sinh tố D. Thiếu sinh tố D trẻ con mắc bệnh còi xương. Chuyển hoá calci còn cần kích tố cận giáp. Nguồn cung cấp calci phong phú nhất là sữa và trứng, trong sữa ngoài Ca, còn có P. Sữa rất thuận lợi cho sự xây dựng xương. Một số thực vật giàu calci như: xà lách, cà rốt...Cơ thể mỗi ngày cần 1- 2g phospho. Phần lớn phospho vào cơ thể được phân bố ở mô xương và mô cơ. Ca, P cũng bị thải ra theo mồ hôi, nước tiểu, phân. b. Chuyển hoá Natri và Clo Na và Cl vào cơ thể nhiều nhất ở dạng muối ăn NaCl. Na ảnh hưởng đến sự lớn lên của cơ thể, trong thức ăn thiếu Na ít lâu, cơ thể sẽ ngừng lớn. Cl - kết hợp với H + thành HCl của dịch vị. Thiếu muối ăn, dịch vị sẽ ít tiết hoặc ngừng tiết hẳn. Nhu cầu trung bình 4 - 5g Na/ngày, tương ứng với 10-12,5g muối ăn được đưa vào cơ thể. Da là nơi tích lũy Na, Cl. Na và Cl ra khỏi cơ thể theo nước tiểu và mồ hôi. Na đào thải theo mồ hôi không nhiều, tuy nhiên khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên, thì lượng natri mất theo mồ hôi rất lớn. Do đó khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng cao, nên sử dụng dung dịch NaCl ưu trương để giảm tiết mồ hôi và giảm mất nước cho cơ thể. c. Chuyển hoá sắt Sắt là thành phần của Hb. Nhờ có Fe, Hb mới kết hợp được với O 2 thành HbO 2 . Nếu thiếu Fe, cơ thể không thể sản xuất thêm được Hb. Sắt cần cho cơ thể không phải chỉ lấy đơn độc trong thức ăn mà có thể do các huyết cầu bị hủy hoại cung cấp. Phần Fe đó được giữ lại để xây dựng hồng cầu mới. Trong cơ thể có chừng 3g sắt: 2,5g trong Hb; 0,5g trong các tế bào cơ thể. Mỗi ngày người lớn cần 10 - 30mg Fe. Trẻ con cần nhiều hơn, đặc biệt là trẻ con còn bú vì trong sữa có rất ít sắt. Nguồn chứa Fe phong phú là thịt, quả, rau, lòng đỏ trứng, đậu... d. Chuyển hoá Iod Iod trong cơ thể có rất ít nhưng không vì thế mà bớt quan trọng. I là thành phần không thể thiếu của Thyroxin (kích tố giáp trạng). Nếu thiếu I, kích tố này không sản xuất được. I có nhiều trong nước biển, I còn chứa cả trong nước đã chảy qua các đá giàu I, vì thế nước ta uống thường có Iod. Người lớn cần 0,000014g I/ngày. Nếu I vào nhiều, cơ thể sẽ giữ lại làm dự trữ. Ở một số vùng núi, nước uống thiếu I nên gây ra bệnh bứu cổ. 6.2.4.2. Chuyển hoá nước Nước là thành phần cấu tạo quan trọng của cơ thể. Trong cơ thể người lớn nước chiếm 62 %, trẻ con: 80 % trở lên. Người nhịn đói nhưng được uống nước: sống 40 - 50 ngày. Người nhịn đói và nhịn khát chỉ sống được vài ngày. Nước và muối khoáng là nội môi của cơ thể, là thành phần chủ yếu của huyết tương, bạch huyết, nước tổ chức. Nước là dung môi của cơ thể: tất cả các chất được hấp thu vào máu và bạch huyết đều dưới dạng hòa tan trong nước. Nước là thành phần chủ yếu của máu (92% huyết tương là nước). Máu là tác nhân vận chuyển thức ăn đến tế bào và nhận cặn bã từ tế bào đưa về da và thận để thải ra ngoài theo mồ hôi và nước tiểu. Các quá trình oxy hóa và một số phản ứng hóa học khác trong cơ thể đều cần đến nước, vì hầu hết các quá trình phân hủy đều thực hiện theo lối thủy phân. Nước góp phần điều tiết thân nhiệt, nước và muối khoáng là thành phần của dịch tiêu hóa. Tỷ lệ giữa nước lấy vào và nước thải ra gọi là thăng bằng nước. Bao giờ nước lấy vào cũng phải đủ để bù cho nước thải ra. Thăng bằng nước đặc biệt cần khi ta lao động chân tay. Mỗi ngày cơ thể thải chừng: 1,5 lít nước tiểu, 100 - 200 ml theo phân, 500 - 1000ml qua da (trong điều kiện bình thường),350 - 400ml qua phổi. Người lớn mỗi ngày cần 2,5 - 3 lít nước (trong nước uống và thức ăn). Mỗi ngày cơ thể cũng mất chừng ấy nước. Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh bằng nhiệt độ cơ thể thì mỗi ngày người lớn mất đến khoảng 4,5 l nước. Chuyển hoá nước liên quan với chuyển hoá các chất khoáng. Đưa dung dịch muối ưu trương vào cơ thể sẽ gây tăng đào thải nước theo nước tiểu. Giảm bài xuất natri khỏi cơ thể làm giảm đào thải nước. 6.2.4.3 Điều hoà chuyển hoá muối - nước Điều hoà chuyển hoá muối - nước được thực hiện bằng ảnh hưởng của thần kinh và thể dịch lên chức năng của thận và các tuyến mồ hôi. Hormon thùy sau tuyến yên là vasopressin và các hormon vỏ thượng thận mineralocorticoid (xem chương nội tiết) có vai trò quan trọng trong chuyển hoá muối - nước. Vasopressin làm giảm bài tiết nước của thận, còn mineralocorticoid có tác dụng giữ natri và tăng lượng dịch thể trong cơ thể. Các trung khu thần kinh điều hoà chuyển hoá muối - nước nằm trong não trung gian, trong vùng dưới đồi. Ở đây có các tế bào thần kinh làm nhiệm vụ của các receptor thẩm thấu. Các tế bào này nhạy cảm với sự thay đổi nồng độ các chất điện giải. Hưng phấn các tế bào này gây ra các phản xạ điều tiết, làm phục hồi sự cân bằng áp suất thẩm thấu. 6.2.5. Các loại vitamin và vai trò của chúng trong chuyển hoá vật chất Một trong những thành tựu lớn nhất của hóa sinh ở thời đại chúng ta là sự khám phá ra vitamin và tiếp tục nghiên cứu tính chất của chúng. Vitamin là những hợp chất hóa học tương đối đơn giản, có trong thức ăn với liều lượng nhỏ, không thể dùng làm nguồn năng lượng nhưng cần thiết tuyệt đối cho đời sống, không tổng hợp được trong cơ thể. Các loài khác nhau có khả năng tổng hợp các vitamin khác nhau. Ví dụ: người, khỉ và chuột lang cần vitamin C (acid ascorbic). Các loài động vật khác có thể tự tổng hợp được từ glucose. Côn trùng không có khả năng tổng hợp được cholesterine nên có thể xem cholesterine là Vitamin đối với côn trùng. Các Vitamin được chia ra hai loại: - Các Vitamin tan trong nước: B1, B2, B3 (acid nicotinic), B5 (acid pantotenic), B6, B12, B15, H, inozit, acid folic, PP, C, P. - Các Vitamin tan trong mỡ: A, D, F, E, K. 6.2.5.1. Các vitamin tan trong nước a). Vitamin C Bệnh scorbut gây ra do thiếu vitamin C là một trong những bệnh không lây phổ biến đã từng biết trong lịch sử: chảy máu lợi, chảy máu da, viêm khớp xương, hay đau yếu và bị yếu toàn bộ. Bệnh phát sinh khi thiếu quả tươi, rau, thịt trong một thời gian dài. Dạng thiếu C nhẹ thể hiện ở tâm thần uể oải, dễ bực tức. Thông báo đầu tiên về thuốc điều trị bệnh scorbut thấy trong các báo cáo về chuyến thám hiểm của Jacques Cartier (1536) đi Canada. Các đoàn viên của ông mắc bệnh trầm trọng và theo lời khuyên của thổ dân da đỏ, họ đã được điều trị bằng nước sắc lá thông. Năm 1933 đã tách được Vitamin phòng bệnh scorbut đó là acid ascorbic. Acid ascorbic rất không bền vững và bị phá hủy nhanh khi nấu thức ăn, nguồn C tốt nhất là dùng quả và nước ép rau quả tươi.Vitamin C có vai trò rất quan trọng trong cơ thể. Nó cần cho tổng hợp protein, vận chuyển oxy, do đó có vai trò trong hô hấp của mô. Vitamin C cần để tạo ra các chất hữu cơ cần cho xương, răng và lợi, để hấp thu các chất trong ống tiêu hoá. Vitamin C có vai trò rất quan trọng trong chuyển hoá glucid. Lượng Vitamin C rất cao ở một số cơ quan nội tiết (thượng thận, tuyến yên, tuyến sinh dục) có lẽ nó có tham gia vào chuyển hoá các hormone đó. Vitamin C tăng cường các phản ứng miễn dịch, tăng sức chống đỡ của cơ thể đối với bệnh tật. Thiếu vitamin C gây rối loạn chức năng miễn dịch, làm giảm khả năng thực bào, do đó tạo thuận lợi cho sự phát triển các tế bào ung thư, gây bệnh thấp và các bệnh ngoài da. Người lớn khỏe mạnh cần 75 - 100 mg/ngày, khi lao động nặng cần 200- 300mg. Đối với trẻ em là 35 - 50mg. Vitamin C không dự trữ trong cơ thể, do đó phải đưa vitamin C vào cơ thể hàng ngày. b). Vitamin B1 Trong điều kiện tự nhiên, vitamin B1 được tổng hợp ở thực vật. Có nhiều trong men bia, mầm lúa mì, lúa mạch, trong các loại đậu, cám gạo, trong thịt lợn, gan, tim, não.Vitamin B1 tham gia tổng hợp các acid nucleic, tham gia chuyển hóa glucid, lipid và protein. Thiếu vitamin B1 trong máu sẽ gây mệt mỏi, mất cảm giác ngon miệng, co giật cơ các chi...thường xuất hiện sau 5 - 6 ngày thiếu vitamin B1. Thiếu vitamin B1 làm giảm sử dụng oxy trong mô não, gây tích tụ trong các tế bào thần kinh các sản phẩm chuyển hoá glucid chưa được oxy hoá đầy đủ và gây rối loạn hoạt động của hệ thần kinh (liệt, co giật, rối loạn vận động do đa viêm và thoái hoá các tế bào thần kinh và các dây thần kinh), chức năng tuyến thượng thận cũng bị rối loạn. Thiếu vitamin B1 gây ra bệnh "beri- beri". Sau 1-2 tháng thiếu vitamin B1 thấy xuất hiện triệu chứng chóng mặt, gầy còm, ăn không ngon, hô hấp và đi lại khó khăn, cuối cùng là chết. Cơ thể không dự trữ vitamin B1 nên phải thường xuyên đưa nó vào cơ thể. Nhu cầu hàng ngày phụ thuộc trọng lượng cơ thể và thành phần glucid trong khẩu phần dinh dưỡng, đối với người lớn khoảng 2-3 mg/ngày, khi lao động nặng cần 3- 10mg, phụ nữ có thai và cho con bú cần 2,5 -3mg/ ngày, trẻ em cần 1-2mg/ngày. c). Vitamin B2 (riboflavin) Là sắc tố thực vật màu vàng trong các mô thực vật, dễ bị phân huỷ trong nước sôi, dưới tác dụng của ánh sáng và base. Vitamin B2 tham gia tổng hợp rodopcin, tăng cường tạo hemoglobin, cần cho sự tổng hợp protein và lipid. Trong cơ thể vitamin B2 được sử dụng để tạo nhóm hoạt động của các enzym flavin, là những enzym tham gia vào chuyển hoá protein và glucid. Vitamin B2 có nhiều trong các lá xanh, đậu đỗ, phủ tạng của động vật. Thiếu vitamin B2 làm chậm lớn, chậm trưởng thành, sút cân gây tổn thương hệ thần kinh. Ở người bị thiếu vitamin B2 thường bị viêm nhãn cầu, viêm da, lưỡi, môi, bị giãn các mạch máu, đục giác mạc và thuỷ tinh thể, sợ ánh sáng, làm vết thương lâu lành và xuất hiện chứng loét dinh dưỡng. Người lớn mỗi ngày cần 2,5 - 3,5mg vitamin B2. Phụ nữ có thai và cho con bú, trẻ em cũng cần lượng vitamin B2 như người trưởng thành. d). Vitamin PP (niacin hay acid nicotinic - vitamin B3) Tất cả các tế bào sống đều cần niacin và dẫn xuất của nó. Chúng là thành phần cốt yếu của 2 coenzym quan trọng chuyển hoá glucid và hô hấp tế bào là Nicotinamid Adenin Dinucleotid (NAD - coenzym I) và Nicotinamid Adenin Dinucleotid Photphat (NADP - coenzym II). Vai trò chính của NAD và NADP là chuyển H + từ một cơ chất tới một coenzym hay một cơ chất khác. Như vậy có sự tham gia phối hợp của riboflavin và niacin trong các phân tử hô hấp mô bào.Trong cơ thể, tryptophan có thể chuyển thành a. nicotinic. Quá trình này xẩy ra ở ruột và gan. Thiếu niacin và tryptophan là nguyên nhân của bệnh Pellagra. Các biểu hiện chính của bệnh là viêm da, nhất là vùng da tiếp xúc ánh nắng mặt trời, viêm niêm mạc, tiêu chảy, có các rối loạn về tinh thần. Thịt gia cầm, bò, lợn, nhất là phủ tạng chứa nhiều vitamin PP. Lớp ngoài của các hạt gạo, ngô, mì, đậu lạc, vừng rất giàu vitamin PP. Mỗi ngày trẻ em cần 15mg niacin, người lớn cần 15 - 30 mg, khi lao động nặng cần 20 - 30mg, ở phụ nữ có thai là 20 - 30mg. e). Vitamin B12 Vitamin B12 (cyanocobalamin) được chiết xuất dưới dạng tinh thể, màu đỏ thẫm, chứa 4,5% cobalt.Vitamin B12 được tổng hợp bởi xạ khuẩn (Actinomyces), tảo lam (Cyanophyta). Động vật nhai lại không cần vitamin B12, vì khi có cobalt, vitamin B12 được tổng hợp trong dạ dày của động vật nhai lại. Ở người và động vật, vitamin B12 được hấp thu ở ruột và từ ruột chuyển vào gan. Vitamin B12 có nhiều trong gan và thận. Cần cho phòng ngừa bệnh thiếu máu - được sử dụng phối hợp với chất chiết của gan điều trị thiếu máu ác tính. Chúng hoạt động như cofemen tham gia trong việc trao đổi một số chất, tham gia vào sự tổng hợp acid amin và acid nucleic. Vitamin B12 có tác dụng thúc đẩy quá trình tăng trưởng và phát triển, tăng thể trọng, chống thiếu máu, duy trì chức năng bảo vệ của gan. Vitamin B12 được sử dụng để điều trị bệnh thiếu máu, một số bệnh ở da, bệnh ở dây thần kinh.Vitamin B12 có nhiều ở gan, thận, thịt, lòng đỏ trứng. Nhu cầu vitamin B12 ở người là 0,005mg/ngày. 6.2.5.2. Các vitamin tan trong mỡ a). Vitamin A Vitamin A chỉ gặp trong các sản phẩm động vật như bơ, trứng, mỡ cá; thực vật chứa sắc tố carotin màu vàng hay là provitamin A dễ chuyển thành vitamin A trong tế bào động vật.Vitamin A hòa tan trong dầu và có thể dự trữ trong cơ thể. Nhu cầu vitamin A ở người lớn cũng như trẻ em cần 1- 2mg/ngày .Ở phụ nữ có thai là 2 - 2,5mg.Người lớn khi lao động nặng cần 3-5mg/ngày. Vitamin A cần cho sự dinh dưỡng bình thường của các tế bào biểu bì da, mắt, ống tiêu hóa và hô hấp. Khi thiếu, các tế bào này trở nên dẹp, yếu và kém bền vững, dễ nhiễm trùng nên vitamin A còn được gọi là "vitamin chống nhiễm trùng".Trường hợp thiếu nhiều Vitamin A, biểu bì mắt tạo ra màng hóa sừng khô trên giác mạc sinh bệnh khô mắt, có thể bị mù. Vitamin A cần cho việc duy trì mô thần kinh bình thường và cần cho sự phát triển của xương và men răng. Vitamin A tham gia trong cơ chế hóa học về thị giác, thiếu nó có thể bị bệnh quáng gà (không nhìn được khi ánh sáng yếu). Võng mạc mắt có tế bào hình gậy chứa chất rhodopsin là hỗn hợp của dẫn xuất vitamin A và protid. Dưới tác dụng của ánh sáng, chất đó bị phân hủy, kích thích các tế bào thụ cảm, các tế bào này truyền xung động vào não gây cảm giác thị giác. Thường chất này được phục hồi nhanh chóng, thiếu vitamin A việc tái tổng hợp rhodopsin thị giác chậm đi và phát sinh bệnh quáng gà. Một liều cao vitamin A có thể gây độc.Triệu chứng ngộ độc là: ăn mất ngon, hưng phấn tăng, gan to, vận động giảm và ngứa nhiều. b). Vitamin D Đó là một nhóm chất trong đó về phương diện dinh dưỡng có hai chất quan trọng là ergocalcipherol (vitamin D2) và cholecalciferol (vitamin D3). Trong thực vật có ergosterol, dưới tác dụng của ánh nắng sẽ cho cholecalciferol. Vai trò chính của vitamin D là tăng hấp thu calci và phospho ở ruột non. Nó cũng có tác dụng trực tiếp tới quá trình cốt hoá. Như vậy, vitamin D là yếu tố chống còi xương và kích thích sự tăng trưởng của cơ thể. Nhu cầu vitamin D mỗi ngày ở trẻ em đang bú là 10- 20μg. Trẻ lớn là 15- 26μg vì cần cho sự phát triển cơ thể. Khi bị còi xương cần tăng lượng vitamin D lên 2- 3 lần. Liều vitamin D cho người lớn mỗi ngày là 25μg. Vitamin D có nhiều trong sữa, mỡ cá, bơ, trứng. c). Vitamin E Vitamin E (vitamin sinh sản, tocopherol) là chất mỡ màu hơi vàng, có 2 dạng: α và β- tocopherol, trong đó α- tocopherol có tác dụng mạnh nhất.Vitamin E có nhiều trong thịt bò, thịt lợn, dầu hạnh nhân, lòng đỏ trứng. Thiếu Vitamin E sẽ dẫn tới những hậu quả sau: - Ở con cái sẽ vô sinh hoặc thời gian mang thai không bình thường; ở con đực ngừng sản xuất hormone sinh dục và tinh trùng, mất tập tính sinh dục. Gây ngừng sản xuất các hormone sinh dục của tuyến yên. Gây xuất huyết não, viêm khớp, viêm da, đau cơ và dây thần kinh. Gây loạn dưỡng cơ, giảm khả năng lao động thể lực. Vitamin E được truyền cho thai trong suốt thời gian mang thai, do đó, thiếu vitamin E thai sẽ chết. Vitamin E có tác dụng phòng ngừa bệnh xơ cứng động mạch và tăng huyết áp. Vitamin E cần cho sự phát triển mô cơ và chức năng của cơ trong giai đoạn phát triển cơ thể của trẻ em. Nhu cầu vitamin E hàng ngày ở người lớn là 20- 30mg. Khi lao động nặng là 30- 50mg. d. Vitamin K Vitamin K (sinh tố chống chảy máu) thúc đẩy tế bào gan tạo enzyme tiền prothrombin. Vitamin K có trong đậu nành, cải bắp, cà rốt, cà chua, lá thông ,trong gan lợn và được tổng hợp nhờ vi khuẩn trong ruột, nó có thể hấp thu khi có các muối mật. Khi ống mật bị tắc sẽ sinh bệnh thiếu vitamin K.Liều vitamin K mỗi ngày đối với người lớn là 15- 30mg. Chất kháng vitamin K là dicumaron. Chất này có tác dụng ức chế tổng hợp prothrombin và ngăn chặn quá trình tạo thrombin trong các mạch máu. 6.3. Chuyển hoá năng lượng Chuyển hoá năng lượng là quá trình biến đổi năng lượng sinh ra thành các dạng năng lượng khác nhau cần thiết cho sự sống.Trong quá trình biến đổi, năng lượng không sinh ra thêm, cũng không mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Trong cơ thể, năng lượng sinh ra là do thiêu đốt vật chất từ thức ăn. Năng lượng được dự trữ ở dạng hợp chất giàu năng lượng (ATP). Năng lượng tiêu hao dù ở bất cứ dạng nào nhưng cuối cùng đều thải ra ngoài cơ thể dưới dạng nhiệt. Do đó, muốn nghiên cứu chuyển hoá năng lượng, hoặc muốn biết nhu cầu năng lượng của cơ thể ta có thể dựa vào việc đo tính nhiệt lượng của cơ thể toả ra. Đơn vị đo nhiệt lượng là calory. Một kilocalo là số lượng nhiệt năng cần thiết để nâng nhiệt độ một lít nước lên 1 o C (14,5-15,5 0 C). Một trong những thành tựu quan trọng của sinh lý học là chứng minh được rằng, năng lượng được giải phóng bởi quá trình dị hoá các chất trong cơ thể, tương đương với năng lượng của các chất đó sản ra khi chúng bị oxy hoá ngoài cơ thể. Lavoisier là người đầu tiên phát hiện ra quy luật này. Về sau các nhà sinh lý học dựa trên cơ sở quy luật của Lavoisier, tìm ra các phương pháp nghiên cứu chuyển hoá năng lượng, chuyển hoá cơ sở trên cơ thể người và động vật. 6.3.1. Phương pháp đo tiêu hao năng lượng Có hai phương pháp đo tiêu hao năng lượng của cơ thể, phương pháp đo nhiệt lượng trực tiếp và phương pháp đo nhiệt lượng gián tiếp. Các phương pháp đó dựa vào nguyên lý sau: Toàn bộ năng lượng cơ thể sử dụng để hoàn thành các công việc bên ngoài hay công việc nội tạng (tuần hoàn, hô hấp), để tiến hành các phản ứng tổng hợp hóa học (tạo thành enzyme, dịch tiêu hóa) hoặc để duy trì các thành phần ion giữa các dịch trong và ngoài tế bào, tất cả đều chuyển thành nhiệt. 6.3.1. 1. Phương pháp đo nhiệt lượng trực tiếp: Chủ yếu là đo được năng lượng mà một người có thể tỏa ra môi trường ngoài. a. Sử dụng phòng nhiệt lượng kế Atwater (hình 6.4) Người ta cho một người vào phòng đặc biệt, tường cách nhiệt thật tốt, trên trần mắc một hệ thống ống nước chảy, đo nhiệt độ nước chảy vào và chảy ra, biết hiệu số giữa 2 nhiệt độ và lượng nước đã chảy qua phòng, có thể tính số calory cần thiết để gây sự nóng lên của nước, tức là số calory mà cơ thể đã mất đi. Hình 6.4. Sơ đồ của nhiệt lượng kế Atwater – Benedic Nhiệt độ do cơ thể người sản ra được đo bằng các nhiệt kế (1) và (2) đặt ở hai đầu ống có dòng nước chảy vào và chảy ra. Lượng nước chaỷ ra được đổ vào bình (3). Qua cửa số (5) có thể đưa thức ăn vào và lấy chất thải(phân, nước tiểu) ra ngoài. Nhờ bơm hút (6) không khí trong phòng được hút ra chạy qua các bình chứa H 2 SO 4 (7 và 9) để hút nước và qua bình chứa vôi Soda (8) để hút CO 2 . Oxy cung cấp thêm cho phòng được lấy từ bình (10) và qua đồng hồ khí (11). Áp lực không khí trong phòng được duy trì ở mức cố định nhờ một bình có bọc màng cao su (12). Cửa sổ (4) dùng để quan sát đối tượng. Có thể dùng phòng khá lớn để người có thể ở lâu vài ngày và làm việc ngay trong phòng (đạp xe tại chỗ...), do đó tính được số năng lượng tiêu dùng trong từng động tác một. Bằng phương pháp này, Atwater đã đưa ra kết luận quan trọng về thực hành, đó là năng lượng thức ăn sử dụng trong 3 - 5 ngày thí nghiệm, tương đương sít sao với lượng nhiệt cơ thể thải ra trong thời gian đó.Tuy nhiên loại phòng như thế vừa cồng kềnh vừa phức tạp nên trong thức tế ít người dùng. b. Các phương pháp đo năng lượng khác đơn giản hơn. Ví dụ: Tính số năng lượng tiêu thụ bằng cách tính số protid, lipid, glucid chứa trong thức ăn ăn vào. Ở trên đã nói, năng lượng không phát sinh và không mất đi mà chỉ thay đổi hình dạng, hơn nữa sản phẩm cuối cùng của sự oxy hóa trong cơ thể giống sản phẩm cuối cùng của sự oxy hóa trong phòng thí nghiệm, thì tất nhiên số nhiệt lượng phóng thích trong cơ thể và trong phòng thí nghiệm phải như nhau. Như vậy 1g glucid oxy hóa ngoài trời thành H 2 O và CO 2 cho bao nhiêu năng lượng thì 1g glucid oxy hóa trong cơ thể thành H 2 O và CO 2 cũng phải cho bấy nhiêu năng lượng. Thường người ta vẫn thực hiện sự oxy hóa của đồ ăn trong những bình chứa đặc biệt gọi là "bom nhiệt kế" để đo nhiệt lượng tỏa ra một cách chính xác.Lipid và glucid đốt ngoài trời thành CO 2 và H 2 O. Protid đốt ngoài trời cũng cho H 2 O và CO 2 , nhưng trong cơ thể, cho urê và 1 số sản phẩm khác còn chứa một số năng lượng nhỏ. Vì thế protid đốt ngoài trời cho nhiều nhiệt lượng hơn trong cơ thể. Sau đây là một vài số liệu oxy hóa thức ăn trong cơ thể: 1 g protid oxy hoá cho 4,1 kcal; 1 g lipid oxy hoá cho 9,3 kcal; 1 g glucid oxy hoá cho 4.1 kcal. Biết lượng protid, glucid, lipid chứa trong thức ăn ăn vào, ta sẽ tính được năng lượng lấy vào. 6.3.1.2. Đo nhiệt lượng gián tiếp Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo nhiệt lượng gián tiếp như sau: nguồn năng lượng trong cơ thể được tạo ra do quá trình oxy hoá các chất, trong đó oxy bị tiêu thụ, còn khí CO 2 thì được tạo ra. Do đó, có thể dựa trên lượng oxy bị tiêu thụ và lượng CO 2 được tạo ra để xác định năng lượng tiêu hao. Phương pháp này dựa trên các khảo sát về trao đổi khí, người ta tính số nhiệt sản xuất từ số lượng O 2 tiêu thụ và CO 2 thải ra. Có hai cách đo nhiệt lượng gián tiếp: Đo trong vòng kín và đo trong vòng mở 3.1.2.1. Vòng kín Có hai cách đo trong vòng kín: Đo bằng phòng thở và đo bằng hô hấp kế a. Phòng thở là một phòng nhỏ, trong đó đối tượng đo ngồi độ vài giờ. Không khí cần thiết để thở được đưa vào đầy đủ. Không khí đào thải, chạy qua H 2 SO 4 để được hút H 2 O và chạy qua vôi soda để được hút CO 2 . b. Trong lâm sàng, trong sản xuất và ở các trường học người ta sử dụng hô hấp kế Benedic hay hô hấp kế Krogh (hình 6.5). Đây là một cái chuông đựng oxy úp lên một thùng nước. Người được đo, ngậm ống nối liền với O 2 trong chuông, thở bằng miệng, kẹp mũi lại trong 6 phút. Không khí thở ra, chạy vào bình đựng vôi soda hút CO 2 , rồi lại được thở vào. Người ta tính được khối lượng oxy tiêu thụ trong 6 phút. 3.1.2.2. Phương pháp vòng mở Người được thí nghiệm hít không khí tự do ở bên ngoài vòng. Khi thở ra nhờ một hệ thống van được dẫn tới một túi chứa khí. Cuối thí nghiệm so sánh tỉ lệ CO 2 và O 2 trong khí hít vào và thở ra, đo thể tích khí thở ra sẽ tính được lượng oxy tiêu thụ và tính được năng lượng tiêu hao trong lúc đo. Phương pháp này dùng để tính năng lượng tiêu hao trong các loại lao động thì rất thích hợp ( hình 6.6). Hình 6.6. Phương pháp vòng mở Hình 6.5. Sơ đồ hô hấp kế Krogh 1. Khí thở vào lấy từ chuông của hô hấp kế 2. CO 2 trong không khí thở ra được vôi soda hấp thụ 3. Tính lượng O 2 tiêu thụ theo độ dốc của đồ 6.3.1.3. Thương số hô hấp (TSHH) và giá trị nhiệt lượng của oxy Thương số hô hấp là tỷ số của thể tích CO 2 thải ra trên thể tích O 2 tiêu thụ trong cùng một thời gian. Mỗi chất có cấu tạo phân tử khác nhau, khi bị oxy hoá cũng có TSHH khác nhau. Ví dụ: Thương số hô hấp trong trường hợp oxy hoá glucid: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + 675 kcal (1) TSHH = 226O6CO = 1 hay = 1 (Theo định luật Avogadro: mọi phân tử khí đều có dung tích ngang nhau là 22,4 l ở nhiệt độ 0 O C và áp suất 760mmHg). Qua (1) thấy: cứ 6 phân tử O 2 tức 134,4 l O 2 bị thiêu đốt thì có 675 kcal, hay 1 lít O 2 cháy cho 5kcal ( 675kcal/134,4l ); 5kcal gọi là giá trị nhiệt lượng của 1 lít O 2 . Dựa vào (1) ta cũng